圆偏振飞秒激光脉冲与低压氙气体靶相互作用软X射线辐射实验研究

利用平场光栅谱仪,分别在2和3 kPa的低气压下,测量了脉宽35 fs的圆偏振超强超短激光脉冲与5 mm长氙气体靶相互作用产生的波长在5～60 nm范围内的离子谱线。2 kPa时最强的跃迁为XeⅧ：4d105s(2S_1/2)—4d95s5p(2P_3/2)的17.085 6 nm线,3 kPa时最强的跃迁为11.343 nm的XeⅦ 4d105s2(1S0)—4d95s25f(3P₁)跃迁。两种气压下,Xe均被电离到XeⅦ,XeⅧ,XeⅨ态。     

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为了研究靶材料对快电子能量分布的影响,采用电子谱仪测量了飞秒激光与Cu和CH靶相互作用中在靶前和靶后产生的快电子能谱。结果显示,在靶前Cu和CH靶的快电子能谱相似,反应了快电子发射对靶材料的依赖性较弱;在靶后Cu和CH靶的快电子能谱具有明显的差异,说明电子的输运过程与靶材料密切相关。冷电子环流以及自生磁场是导致Cu靶快电子能谱"软化"的原因,而对于CH靶麦克斯韦分布的快电子能谱主要由碰撞机制决定。     

SILEX-1装置上等离子体尾场加速电子初步实验

激光等离子体加速电子机制可以产生准单能的高能电子束, 近年来成为国际上的研究热点. 中国工程物理研究院激光装置已经能够达到286TW的输出功率, 为国内在该领域的研究提供了实验条件. 文章介绍了在SILEX-1装置上开展的激光等离子体加速电子的初步实验, 并对测得结果进行讨论, 为下一步实验的进行提供了准备条件.     

Deuterium cluster jet produced at moderate backing pressures

A deuterium cluster jet produced in the supersonic expansion into vacuum of deuterium gas at liquid nitrogen temperature and moderate backing pressures are studied by Rayleigh scattering techniques. The experimental results show that deuterium clusters can be created at moderate gas backing pressures ranging from 8 to 23 bar, and a maximum average cluster size of 350 atoms per cluster is estimated. The temporal evolution of the cluster jet generated at the backing pressure of 20 bar demonstrates a two-plateau structure. The possible mechanism responsible for this structure is discussed. The former plateau with higher average atom and cluster densities is more suitable for the general laser-cluster interaction experiments.     

飞秒激光-固体靶相互作用中渡越辐射的测量

 为了探索超热电子的加热机制，利用光学CCD相机和OMA光学多道分析仪，分别在靶背法线方向测量了光学渡越辐射（OTR）积分成像图案和光谱。实验在100 TW掺钛蓝宝石激光器上进行，飞秒激光与铜膜靶作用后，靶表面发光信号由空间分辨装置聚焦成像并引到CCD或OMA谱仪的狭缝上。测得的积分成像图案呈圆环状，光斑形成区域直径约为225 μm，在圆环边缘附近出现局部化明亮光信号，该现象表明，超热电子在传输的过程中存在成丝效应，其分布也不均匀。光谱在300～500 nm之间出现一系列非周期锐利尖峰，在400 nm（2ω0）附近出现的尖峰应归因于v×B加热机制产生的超热电子引起的相干渡越辐射（CTR）。     

Self-Injection and Acceleration of Monoenergetic Electron Beams from Laser Wakefield Accelerators in a Highly Relativistic Regime

Self-injection and acceleration of monoenergetic electron beams from laser wakefield accelerators are first investigated in the highly relativistic regime, using 100 TW class, 27 fs laser pulses. Quasi-monoenergetic multi- bunched beams with energies as high as multi-hundredMeV are observed with simultaneous measurements of side-scattering emissions that indicate the formation of self-channelfing and self-injection of electrons into a plasma wake, referred to as a ＇bubble＇. The three-dimensional particle-in-cell simulations confirmed multiple self-injection of electron bunches into the bubble and their beam acceleration with gradient of 1.5 GeV/cm.     

飞秒激光-等离子体相互作用中快电子能量分布

 采用不同量程的电子谱仪与LiF热释光探测器相配合，测量了飞秒激光 等离子体相互作用中产生的快电子能量分布。结果显示快电子能量分布的一致性和多个重要特征与国外同类实验和计算机模拟结果相似。快电子能谱在低能处产生凹陷是由于冷电子的回流产生的；几种加速机制共同作用是能谱在100~350 keV范围内出现平台的原因；快电子的有效温度较好地满足共振吸收的温度定标律是由于反射激光加速与共振吸收机制均是通过朗道阻尼或波破对电子进行加速的。     

飞秒激光-薄膜靶相互作用中超热电子产额和激光转化效率

 在激光能量130 mJ（靶面），脉宽60 fs，波长800 nm，对比度1∶10^-6，激光与靶法线成45°夹角，P偏振，靶面激光峰值功率密度约为7.0×10¹⁷ W·cm^-2，无预脉冲的条件下，采用电子谱仪与经γ标准源标定的LiF热释光探测器（TLD）相配合，测量了飞秒激光-薄膜靶相互作用中产生的超热电子能谱。根据所测的能谱，推算出超热电子的产额和激光能量转化为超热电子能量的效率，在靶法线方向分别为1.19×10¹⁰/sr和4.55%/sr，在激光反射方向分别为1.83×10⁹/sr和0.76%/sr。结果显示，不同方向的超热电子产额和激光转化效率有所不同，原因在于激光-等离子体相互作用产生的超热电子构成各向异性的分布。     

激光尾波场中光子加速研究

在SILEX-Ⅰ激光装置上,测量了超短超强激光脉冲与稀薄等离子体相互作用之后的透射谱. 实验中发现,激光尾波场产生的密度扰动导致等离子体折射率随时间空间不断变化,导致光子的加速/减速. 透射谱上主要表现为激光频率谱峰的劈裂和随密度变化的展宽,没有发现与前向受激拉曼散射或自调制不稳定性相联系的边频波. 同时,利用LPIC++无碰撞粒子模拟程序模拟了超短超强激光与稀薄等离子体相互作用后的透射谱,模拟结果也发现了明显的光子加速过程. 关键词： 超短超强激光脉冲 透射谱 光子加速/减速     

飞秒激光-金属薄膜靶相互作用中靶前后超热电子能谱的比较

采用电子谱仪测量了飞秒激光-金属薄膜靶相互作用中靶前和靶后产生的超热电子能谱.结果显示：靶前超热电子能谱的峰出现在约430 keV处，靶后超热电子能谱的峰出现在约175 keV处；靶前超热电子的有效温度分别为218 keV和425 keV，靶后超热电子能谱出现“软化”现象，其有效温度分别为96 keV和347 keV.靶前和靶后超热电子能谱明显不同是由于超热电子输运穿越过密等离子体和冷材料的靶，并在靶后建立Debye鞘，鞘电场使靶后超热电子能谱峰向低能端移动，鞘电场和自生磁场导致靶后超热电子能谱产生“软化”，估算出的鞘电场小于激光电场.